2FSK调制解调电路的设计.docx

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1、世嘉科技职业技术学院毕业设计说明书（论文）设计（论文）题目：2FSK调制解调电路的设计（锁相环NE564）专业:通信技术班级:通技07-1学号:0710207086姓名:李宗盛指导老师：杨柳游岩松00九年十二月十五日世嘉科技职业技术学院毕业设计（论文）任务书学生姓名李宗盛学号0710207086班级通技07-1专业通信技术设计（或论文）题目2FSK调制解调电路的设计（锁相环NE564）指导老师姓名职称工作单位及所从事专业联系方式备注杨柳助教世嘉科技职业技术学院、通信工程游岩松工程师四川长通科技责任有限公司13677778888用锁相环NE564设计一2FSK调制解调电路的设计。基本要求：1、设

2、计的电路能完成2FSK信息的调制解调2、完成电路的仿真进度支配：第一阶段(2009,092009,10)：完成资料的收集；其次阶段(2009,102009,11)：完成硬件设计，即完成单元电路及总电路图的设计和工作原理的叙述，电路性能指标的验算；第三阶段(2009,12OO9,12)：进行调试、仿真，编写报告打算答辩。必需完成的任务1、设计硬件的原理电路图；2、完成电路的调试、仿真系统。3、撰写具体的设计说明书，不少于五千字。主要参考文献、资料(写清晰参考文献名称、作者、出版单位)：1张肃文.高频电子线路.北京：人民教化出版社，19792郑应光.模拟电子线路(一).南京：东南高校出版社，200

3、03阎石.数字电子技术基础.北京：高等教化出版社，20194于安红.简明电子元器件手册.上海：上海交通高校出版社，20195张立中.通信技术基础.北京：中国劳动社会保障出版社，2019审批意见教研室负责人：年月日备注：任务书由指导老师填写，一式二份。其中学生一份，指导老师一份。摘要1第1章绪论2第2章方案设计32.1方案比较3键控法3模拟调制法32.2方案论证4第3章硬件设计63.1 器件介绍6NE564介绍62CD4016介绍8锁相环的基本工作原理9相位模型介绍9环路滤波器介绍10压控振荡器介绍113.2 2FSK调制电路设计113.3 2FSK解调器电路设计12总结15致谢17参考文献18

4、附录12FSK调制电路19附录22FSK解调电路20本文采纳锁相环专用集成电路NE564,实现了2FSK调制电路和解调电路的设计。本设计首先对本次设计的思路进行的阐述，对数字调制解调的基本原理、集成电路NE564的内部结构及基本工作原理进行了具体的介绍，并基于NE564设计了2FSK调制解调电路，最终具体给出了制作电路的步骤和方法以及在制作过程当中的问题，得出的结论。测试表明，该电路的中心频率fo=5MHz,在Uim21V,及无外部干扰，解调后误码率为0。关键词2FSK；调制；解调；NE564；CD4016“锁相环技术”是近几年来快速发展起来的一门技术，由于它的环路结构简洁，性能良好。在很多新

5、型的电子设备中，特殊是在通信系统中，得到广泛的应用。随着通信技术的发展，锁相环技术在调制解调中扮演着越来越重要的角色。锁相环技术所以能得到这么广泛的应用，是由于其独特的优良性能所确定的。本设计用到的锁相环的跟踪特性，可制成高性能的调制器和解调器，它具有低门限特性，可大大改善模拟信号和数字信号的解调质量。在数字通信系统中，由于数字信号具有丰富的低频成分，不宜进行无线传输或长距离电缆传输，因而同模拟调制一样，须耍将基带信号进行高频正弦调制，即数字调制。及模拟调制相比，数字调制并无本质区分,都属于正弦波调制，但是数字调制系统也有自身的特点，其技术要求及模拟调制系统也有不同。一般来说，数字调制技术可分

6、为两种类型：一是利用模拟方法实现数字调制，即把数字基带信号当作模拟信号的特殊状况来处理；二是利用数字信号的离散取值特点去键控载波，从而实现数字调制，这种方法通常称为键控法。常用的数字调制方式有振幅键控(2ASK)、移频键控(2FSK)、移相键控(2PSK)等。随着科技的发展，电子产品市场运作节奏也进一步加快，涉及诸多领域的现代电子技术已迈入一个全新的阶段，如何把锁相环的强大优势发挥出来，就是目前电路探讨发展的方向了。把锁相环技术应用及高频2FSK信号的接收解调中，从而使电路性能得到进一步的改善，这对数字电路来说也算是个不小的突破。第2章方案设计2.1方案比较2FSK信号波形图如2-1图所示，它

7、是由调制信号去限制载波信号，用载波的频率来传递数字信息，即用所传递的数字消息限制载波的频率。依据设计要求及相关：图2-12FSK信号波形、模拟调制法等两种方案。键控法调制器选用图2-2所示方案，采纳石英晶体振荡器构成两个不同频率的载波发生器，用模拟双向开关CD4016实现开关1和开关2,最终用集成运放构成加法电路，最终实现2FSK调制。解调器选用图2-3所示方案,以1.C谐振回路实现带通滤波，然后用两个模拟乘法器实现相干解调，最终用集成运放构成抽样判决器，实现2FSK信号的解调。图2-22FSK信号键控法产生原理2.1.2模拟调制图2.32FSK相干解调法原理框图法采纳图2-4、图2-5所示方

8、案实现模拟调制解调，以高频锁相环NE564为主体，辅以适当外围元件即可实现。若要构成适用的放射器及接收器,只需增加合适的放射功放及接收滤波、解调放大电路即可。图2-42FSK信号模拟调制法产生原理框图设计基本原理和系统框图2FSK系统分调制和解调两部分。(1)调制部分：2FSK信号的产生方法主要有两种。第一种是用二进制基带矩形脉冲信号去调制一个调频器，如图2-2所示，使其能够输出两个不同频率的码元。其次种方法是用一个受基带脉冲限制的开关电路去选择两个独立频率源的振荡作为输出，如图2-3所示。这两种方法产生的2FSK信号的波形基本相同，只有一点差异，即由调频器产生的2FSK信号，在相邻码元之间的

9、相位是连续的，如图所示；而开关法产生的2FSK信号，则分别由两个独立的频率源产生不同频率的信号，故相邻码元的相位不肯定是连续，如图所示。本次设计用键控法实现2FSK信号。表现为：相位连续(b)相位不连续(2)解调部分：2FSK信号的接收主要分为相干和非相干接收两类，本次设计采纳非相干法(即包络解调法)，其方框图如下。用两个窄带的分路滤波器分别滤出频率为1.和f2的高频脉冲，经过包络检波后分别取出它们的包络。把两路输出同时送到抽样判决器进行比较，从而判决输出基带数字信号。2.2方案论证比较而言，选用模拟调制法更为经济、牢靠，它具有低门限特性，可大大改善模拟信号和数字信号的解调质量。而高频模拟锁相

10、环NE564的最高工作频率可达到50MHz,采纳+5V单电源供电，特殊适用于高速数字通信中2FSK、FM调频信号的调制、解调，无需外接困难的滤波器。事实上，此法案是几年前流行的一种方案。就目前接收机技术来说，锁相环因为起得天独厚的性能优势，在接收机技术上可以有广袤的发展前景。但是因为发送信号的频率比较高，那么如何能够把这种信号很好的解出来，这成了锁相环技术的一种考验。本文主要就是探讨利用锁相环，接收高频信号，并把它解调出来。模拟调制法的设计就是在目前接收解调以及锁相环技术的蓬勃发展下，把锁相环技术运用及接收解调中，抛弃原来的纯分别元器件电路，而是利用高频锁相环集成电路NE564,从而把原始信号

11、更好的还原出来。利用锁相环集成电路不但使电路更加简洁，而且性能更好，充分体现了集成电路的优势。在将来的世界，锁相环电路将在通信领域大放光彩。随着集成电路技术的发展，目前市面上已有多类专用2FSK收发芯片，如MicroelectronicIntegratedSystems公司的TH7108、TH71112MICRF500芯片等。第3章硬件设计要求运用高频模拟锁相环NE564为基础，设计2FSK的调制解调电路。3.1器件介绍3.1.1NE564介绍高频模拟锁相环NE564是PhilipsSemiconductors公司（荷兰菲利浦公司的产品，同类国产产品的型号有XD564、1.564等。NE564

12、最高工作频率可达到50MHz,采纳+5V单电源供电，特殊适用于高速数字通信中FM调频信号及2FSK移频键控信号的调制、解调，而无需外接困难的滤波器。NE564采纳双极性工艺，其外部引脚图和内部组成框图分别如图3-1和图3-2所示。其中，4为限幅器，可抑制FM调频信号的寄生调幅；相位比较器（鉴相器）外的内部含有限幅放大器，以提高对AM调幅信号的抗干扰实力；外接电容4、&组成低通滤波器，用来滤出比较器输出的直流误差电压的纹波；变更引脚的输2入电流可变更环路增益；压控振荡器用。的内部接有固定电阻7?（A=100Q）,只需外接一个定时电容CY就可产生振荡，振荡频率/V及a的关系曲线如图3-12所示。P

13、CO有两个电压输出端，其中力为输出TT1.电平，力猿输出碓电平。后置鉴相器由单位增益跨导放大器儿和施密特触发器ST组成，其中，儿供应解调FSK信号时的补偿直流电平及用作线性解调FM信号时的后置鉴相滤波器；ST的回差电压可通过引脚16外接直流电压进行调整，以消退输出信号TT1.0的相位抖动。图3-2NE564的内部组成框NE564为双列直的功能如表3-1表3-1NE564引脚的功能引脚编号英文缩写引脚功能引脚编号英文缩写引脚功能1v.1VCC,接+5V9VCOoiVCO输出1,TT1.电平21.GC环路增益限制端，电流约为200uA10v+2VCC,接+5V3PC1鉴相器输入端，来自分频器，占空

14、比50%11VCO02VCO输出2,EC1.电平41.F环路滤波引出端12FC1振荡频率设置电容引出端51.F环路滤波引出端13FC1振荡频率设置电容引出端6Rpi信号输入端，占空比50%14AN0模拟输出端（用于调解输出）7BF偏置滤波输入端15HYS延迟设置端（设置门限值）8GND地端16TT1.0TT1.电平输出端（调解输出）3.1.22CD4016介绍1I/O1O20421/02CI1.3CrT1.GNDVCCICl1.4CrI1.41/040430431/0CD4016为4个独立的双向模拟开关，限制输入端在输入高电平常模拟开关导通,低电平常截止。输入输出为双向，即可以由IN/OUT到

15、OUT/IN,也可以反过来，此芯片广泛用于信号开关，削波，调制解调电路中。其引脚排列如图3-3所示，及内部结构如图3-4o1142133124CD4016115106 97 8图3-4CD4016内部结构8 .1.3锁相环的基本工作原理锁相环路的系统框图如图3-5所示，由鉴相器PD(PhaseDetector)环路滤波器1.F(1.oopFiIter)和压控振荡器VCO组成的，其中1.F为低通滤波器。图3-5锁相环的基本组成框各部分功能如下：(1)鉴相器PD：鉴相器是一个相位比较器，完成对输入信号相位及VCO输出信号相位进行比较，得误差相位Ud(t)Uo(t)图3-6鉴频器框图可得输出信号及输

16、入信号可表示为：Ui=Uimcos(/Widt)=UimcosWrt+Ei(t)+Eo(3-7)Uo(t)=Uomcos(fWodt)=UomcosWrt+Eo(t)(3-8)经过环路滤波器滤波后输出限制电压为：Ud(t)=l2UimUomsinEi(t)-Eo(t)=AdsinEi(t)-Eo(t)(3-9)可见，鉴相器输出信号是一个关于Ui(t)及Uo(t)相位差的函数由式(3-7)可得鉴相器的电路模型如图3-6所示。这个模型表明，鉴相器具有把相位转换为误差电压输的作用，其处理对象是Ei和E。，而不是信号Ui(t)及Uo(t),这个是电路模型及组成框图的区分。环路滤波器介绍环路滤波器事实上

17、是一个低通滤波器，其作用是滤除鉴相器的输出误差中的高频重量及干扰重量，而让其中的低通重量或直流重量通过，得到限制电压，以保证环路所需求的性能并提高环路的稳定性，因此对锁相环路的性能有影响。压控振荡器介绍在锁相环路中，压控振荡器的作用是产生频率随限制电压uc(t)而变更的振荡电压UO(t)压控振荡器瞬时振荡频率0随限制电压Uc变更的曲线，称为压控振荡器的调频特性曲线。一般状况下，调频特性曲线是非线性的，如下图所示，但是，在Uc(t)的某一范围内，3。及Uc(t)之间近似为线性关系，即0=r+A0Uc(t)(3-10)式中，ar表示Uc(t)=O时压控振荡器的固有振荡频率；A。为比例系数，又叫压控

18、灵敏度，单位为rad(sv)3.22FSK调制电路设计利用锁相环VCO输出信号频率随输入信号大小而变更的特点，可将待传输调制信码干脆送入NE564的VCO输入端，从而可以实现2FSK调制。图3-11是NE564构成的2FSK调制器电路。调制信码从双态信号限制CD4016模拟开关13脚输入，NE564的6脚电压在5V及1.42V之间转换(即5VX花/(肾症)=1.42V),经缓冲放大器4及相位比较器PD中的放大器放大后，干脆限制VCo的输出频率。因此，9脚输出的是2FSK信号。图3-11NE564构成的2FSK调制电路PD输出端不再接滤波电容，而是接电位器用/,用于调整环路增益并可细调压控振荡器

19、的固有频率fi,尤及G的关系如下图所示。G是输入耦合电图SR介及Ct的关系曲容，做G组成差分放大器4的输入偏置电路滤波器，可滤除调制信码中的杂波。R2（包含电位器R）对引脚2供应输入电流I2,可限制环路增益和VCo锁定范围，兄及电流A的关系可表示为：R,Kc-l3V（3-13）A一般为200uA调整时，可先设置八的初值位100UA,待环路锁定后再调整电位器后使环路增益和压控振荡器的锁定范围达到最佳值。总是压控振荡器输出端必需接的上拉电阻，一般为几千欧姆，这里取2Ko吊是VCO输出EC1.电平和鉴相器输入端之间的限流电阻，可取值3Ko压控振荡器的固有振荡频率可表示为：f!2200Cf（3-14）

20、若已调2FSK信号中心频率MHz,则G-90pF（可取标称值82pF及8.2pF可调电容并联构成）。若调制信码的波特率为50OkBaUd,则9脚输出2FSK信号频率范围为IMHz03.32FSK解调器电路设计NE564构成的2FSK解调器电路如图3-15所示。已知输入信号匕的频率=5lMHz,调制信码（由“0”、“1”组成的方波）的频率=500kHzo已调制信号干脆送入NE564的VCO输入端，及压控振荡器输出的5MHz（9脚输出）进行相位比较，输出信号经环路滤波后由儿放大，从16脚输出解调后的方波（TT1.电平）。电阻尼和电位器心用于调整施密特触发器的回差电压，可改善输出方波的波形。分为上拉

21、电阻，增加E的值亦可改善输出波形。VMc.1OQhiF工1C.T100uF由于轴入信号的频率图3T5NE564构成的2FSK振荡器工作在46MHz并保证NE564锁定，此时16脚输出才为高电平“1”；超出此范围失锁，则16脚输出为低电平“0”。因此，压控振荡器的固有振荡频率fv和捕获带AE.必需特别精确。由已知条件可得：压控振荡器的固有振荡频率fv=5MHz,f=fiax-fimin=2.OMHzo由式（3-14）得Ct=90pF,可取标称值82pF及8.2pF可调电容并联，以便精确调整固有振荡频率，使fv=5MHzo外接电容C3、CI及内部两个对应电阻（阻值R=1.3KQ）分别组成一阶低通滤

22、波器，其截止角频率可用下式描述：1cor=R03（3-16）滤波器的性能对环路入锁时间的快慢有肯定影响，由于本例输出信号频率较高，低通滤波器的截止角频率也要相应提高，计算可取C3=C,f300pFo制作实物电路时可通过观测4脚和5脚的输出波形调整电容的值，使输出波形更为清晰。电容C6的作用事滤除内部单位增益跨导放大器A?输出的补偿直流电压中的沟通成分，因此，对C6的耐压有肯定要求，通常取耐压大于电源电压的电解电容，这里取C6=10uF8VoC7和C8为电源滤波电容，一般取0.2uF这段时间的毕业设计在忙劳碌碌中一晃而过。刚起先，我们头绪不是很清晰，不知道从哪里入手，但通过老师的耐性指导并和同学

23、仔细探讨设计课题，跑图书馆查资料、确定基本设计方案、对所用芯片功能进行查找、调试、上机仿真等，经验了一次次的困难，却积累了很多珍贵的阅历。在整个设计的过程中遇到的问题主要有以下三点，第一：基础学问驾驭的不坚固，主要表现在一些常用的电路的形式和功能不清晰，对书本上的内容理解不够透彻。其次：对一些常用的应用软件缺少应用，体现在画电路图和系统的仿真的时候，对这些软件的操作不娴熟，奢侈了很多时间。第三：相关学问驾驭的不够全面，缺少系统设计的阅历。这次设计进一步端了我的学习看法，学会了实事求是，严谨的作风，对自己要严格要求，不能够一知半解，要力求明明白白。急于求成是不好的，我有所感受。假如省略了那些必要

24、的步骤，急于求成，不仅会奢侈时间，还会适得其反。我觉得动手之前，头脑里必需清晰该怎么做，这一点是很重要的。就目前来说，我的动手实力虽然差一点，但我想，通过我的不懈努力，在这方面，我总会得到提高。这一点，我坚信。因为别人能做到的，我也肯定能做到。在此次的毕业设计中我最大的体会就是进一步相识到了理论联系实践的重要性。一份耕耘，一份收获。通过这段时间的设计，让我明白科学的思维方法和学习方法是多么重要，只有这样才能够有很高的效率，才能够让自己的工作更完备。总而言之，此次毕业设计让我学到了好多平常在课堂上学不到的东西，增加了我的学问运用实力，增加我的实际操作实力。谢谢老师给我们供应这么好的机会，为我们之

25、后走向社会奠定了一个好的基础。本次毕业设计让我学到了很多，也学会到了要怎么样去面对困难，不要对学问一知半截，要有的求实的实力，通过老师的帮助我学到了很多在平常的没有留意到的动东西及学问，更美没有深化的的去理解，通过这次我要更加的明确自己。更要留意自己在各方面的熬炼实力，把握机会。这次的设计特别的感谢老师们。感谢我的指导老师杨柳老师，他们严谨细致、一丝不苟的作风始终是我工作、学习中的榜样；他们谆谆教化的教化和不拘一格的思路赐予我无尽的启迪。在论文即将完成之际，我的心情无法安静，从起先进入课题到论文的顺当完成，有多少可敬的师长、同学、挚友给了我无言的帮助，在这里请接受我真诚的谢意！本论文还得到了我

26、的导师曾宝国老师的亲切关怀和细心指导，在设计过程中，自始至终凝合着各位师的心血。恩师们那治学严谨的看法，渊博的学识感染着我。他那诲人不倦、宽厚朴实的作风给我们留下了不行磨灭的影响，是我学习的榜样，使我终生受益无穷。在此论文完成之际,特向恩师表达真诚的谢意同时以最崇高的敬意。在课题进行当中，笔者还得到了刘雪亭老师等的细心指导和诸多帮助。他们的无私帮助和耐性指导也是我得以完成本课题的关键。再此我向他们表示由衷的感谢和深切的问候。此间我还得到了同学何明等诸多指导，再此表示感谢。另外，也特别感谢全部的关切我的其他老师们和同学们，他们的关切也是我学习过程中不行缺少的组成部分。感谢时时刻刻关切、爱惜我的父

27、亲母亲，他们对我的支持和激励。使我得以完成学业的支柱。真诚的感谢全部的帮助过我的老师们，同学们、家人和挚友们。感谢对本设计进行评审的专家们，感谢他们给我提出的珍贵看法和建议。参考文献1张肃文.高频电子线路.北京：人民教化出版社，19792郑应光.模拟电子线路（一）.南京：东南高校出版社，20003阎石.数字电子技术基础.北京：高等教化出版社，20194于安红.简明电子元器件手册.上海：上海交通高校出版社，20195张立中.通信技术基础.北京：中国劳动社会保障出版社，2019附录12FSK调制电路附录22FSK解调电路世嘉科技职业技术学院毕业设计（论文）评语学生姓名李一TK盛学号0710207086班级通技07-1专业通信技术设计（1余文）题目2FSK调制解调电路的设计（锁相NE564）指导老师杨柳游岩松指导指导老师考核看法等级：指导老师：答辩评语等级：答辩老师：总评成果等级：考核小组组长：备注以上两项成果综合后，指导老师考核成果占总分的60%,答辩成果占总分的40%,按五级记分（优、良、中、及格、不及格）。